变压器局部放电在线检测中的抗干扰技术研究.doc
李伟
[摘 要]近年来，变压器局部放电在线检测中的抗干扰技术得到了快速发展和广泛应用，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了局部放电在线监测方法，并结合相关实践经验，从窄带周期型干扰的抑制、固定相位脉冲干扰的抑制，以及白噪声的抑制等方面就局部放电在线检测中的抗干扰技术做了探讨。
[关键词]变压器；局部放电；在线检测；抗干扰
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0112-01
一、前言
作为变压器局部放电在线监测工作中的重要内容，其抗干扰技术的关键性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升抗干扰技术的实践水平，从而有效优化变压器局部放电在线监测的实践水平。本文从概述相关内容着手本课题研究。
二、概述
电力变压器在长期运行中，变压器中采用的绝缘材料的性能会出现较大的变化，如产生气隙和不同种类的分解物等，严重影响其绝缘性能。一旦变压器中电场的强度增加到一定程度，就会出现电场被击穿的现象，从而引起变压器局部范围内产生放电现象，所以进行放电信号的检测能够有效掌握变压器的使用性能和质量，也是变压器在线检测的重要内容。变压器工作过程中电和磁的转换非常频繁，其工作环境中也分布着大量的电磁信号，这都会对变压器中的各种放电信号造成一定的影响，即干扰。再加上有时局部放电情况不是特别明显，干扰信号的存在会严重影响放电信号检测的质量，导致变压器状态判断和评估的失误，因此必须对变压器工作过程中的干扰信号进行抑制，提高采集到的变压器局部放电信号质量，为变压器运行状态的判断提供准确的参考依据。
三、局部放电在线监测方法
1.脉冲电流检测技术
在使用的过程中，可以将被测设备当做一个电容，如果存在内部放电的现象，就会出现电流的回路，检测人员可以根据电流信号的发出位置检测到故障部位，但是该检测技术也存在一定的缺陷。虽然具有较高的灵敏度，但是却容易受到干扰，一旦外界对其进行干扰，那么就会导致最终的结果存在差异性，不能有效的完成局部放电的检测。
2.油中气体分析（化学检测法）
该方法一般适用于油浸式变压器和电抗器。目前110kV及以上等级的大型电力变压器及电抗器主要采用油纸绝缘结构。绝缘油同时承担着绝缘介质和冷却媒质两方面的作用。在热和电的作用下，绝缘油会逐渐老化、分解而产生各种低分子烃、氢气以及有机酸和石蜡等，当变压器内有局部放电问题时，这种油的裂解将会加剧。我们可以通过定期抽取变压器油样本并送人实验室进行色谱分析，借助于分析这些油中的生成物的成分及各自所占的比例可以了解在变压器中局部放电的情况，
3.超声波检测技术
该技术是基于超声波的原理进行检测的。主要的检测方法为将原有的超声波信号通过超声换能器转化为电气信号，当局部发生放电现象的时候，超声波就会感应到信号，但是这种情况下如果超声波通道上存在其它介质，就会对检测的结果产生一定的影响，不同介质对局部放电检测结果的影响是不相同的。该检测方法的不足之处是不能进行大面积的检测，同时检测的灵敏度也会受到变压器中绝缘材料的影响，而使检测的结果大打折扣。
四、变压器局部放电在线检测中的抗干扰技术探讨
1.窄带周期型干扰的抑制
窄带周期型干扰的抑制方法主要有阈值判断法、小波变换法等。阈值判断法基于快速傅立叶变换（FFT）。局放信号幅频特性分布于几乎整个频域，呈现为较平坦曲线，而窄带周期型干扰为尖峰状脉冲波形，其幅值远远超过局放信号幅值。故以脉冲信号幅值超过某一阈值者为窄带干扰脉冲，否则为局放信号脉冲。
如此简单地分离局放与窄带周期型干扰信号的方法称为阈值直线法。阈值曲线法则是由竞争学习网络的“胜者为王”策略[“1]突显较强的通信干扰信号，较弱的局放信号锐减为零。曲线法比硬限幅的阈值直线法更灵活，信噪比提高，信号的畸变度改善。将幅频特性曲线上获得的窄带干扰信号与原始信号相减，再傅立叶反变换返回时域即可获得局放信号。传统傅立叶变换是纯频域分析方法，无时域分辨率，故不太适于提取类似局放脉冲这种突变信号。阈值滤波法的缺点是使原始局部放电能量损失较大，现场中干扰频带变化和新干扰谱线出现时，滤波器参数难以确定。
新的时域分析方法小波变换（用小波函数系逼近信号）在时域和频域同时有良好的局部性，更适于处理非平稳信号。利用小波变换分离局放信号（属于非平稳信号）和窄带周期型干扰（属于平稳信号）已有多种算法，如二次小波变换、离散小波变换、小波反变换、小波包变换等。经小波变换后平稳信号随尺度的增加迅速趋于零，而非平稳信号在大部分尺度上都有较大幅值，故可通过平稳—非平稳滤波器辨识局放信号。
2.固定相位脉冲干扰的抑制
固定相位脉冲干扰可用自适应数字滤波器剔除。变压器局部放电在线检测时现场有大量周期干扰，其频率不可预知，难用固定系数的多通带[“2]有限冲击响应FIR滤波器剔除。自适应数字滤波器由带时延的FIR多通带[“3]滤波器与减法器组成，能利用周期型干扰和局放信号的自相关性不同区分两者。这种滤波器能随输入序列的变化，按照某种误差递减的规则自行调整滤波器系数，使其对应当时现场的干扰频带，从而消除干扰。
此种周期脉冲干扰在每个周期的固定位置重复出现，持续时间长（一般>20μs）且幅度变化很小；而局部放电信号持续时间短，幅度和相位都具有一定的随机性，据此可识别并剔除干扰：采集4个（为减少存储容量和计算时间）工频周期的信号，在信号包络的基础上分析（分析信号包络比直接分析原信号更简单、易处理），信号的包络通过一门限后，可获得每个脉冲的起始相位。门限用一组信号绝对值的中间值除以0.6754获得。但实践中采样频率和带宽是确定的，故设门限为一定值的结果更稳定。以第1个工频周期信号为参考信号，对其中的每个脉冲都和其余工频周期内的脉冲（称为处理信号）进行相关性分析。
3.白噪声的抑制
局部放电信号为非平稳随机信号，与其混杂在一起的白噪声为均值0的平稳随机信号，属宽带干扰。时域和频域同时具有良好局部性的小波变换，使其从白噪声中提取局部放电信号优于FFT滤波法。小波去噪一般采用Shrinkage技术，即设定一个门限值，小于该值的系数置为0，保留大于该值的，经反变换后即为去噪后的信号。此法实现简单、运算速度快、去噪效果好、波形失真小。由于小波包分解是最优树分解，能量比较集中，用Shrinkage技术滤波时，信噪比可进一步提高。小波去噪法得到的信号和原信号之间的最大误差正比于原信号信噪比的平方关系。该信噪比太小时，Shrinkage去噪法因误差太大而无法使用，且现场中周期正弦干扰严重时，去白噪声干扰应置于去除周期正弦干扰之后，以免局部放电信号被误为白噪声给去掉。时典型电压波形，工作气压1.5MPa。可见开关绝缘恢复性能良好，各次电压波形幅值均匀，分散性小，归一化标准偏差<1%。随着气压的增加，自击穿电压和最小可控电压基本上线性增加，同时开关工作范围也有所增加。[4]
五、结束语
综上所述，加强对变压器局部放电在线检测中抗干扰技术的研究分析，对于其良好监测效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的实践中，应该加强对该项过程中抗干扰技术的重视程度，并注重具体实施方法的协调性。
参考文献
[1] 孙强，董明，任重等.现场用GIS冲击耐压试验及局部放电检测装置设计[J].高电压技术.2014（03）：639-644.
[2] 赵晓辉，杨景刚，路秀丽等.油中局部放电检测脉冲电流法与超高频法比较[J].高电压技术.2014（07）：1401-1404.
[3] 王伟，王赞，吴延坤等.用于油中局部放电检测的Fabry-Perot光纤超声传感技术[J].高电压技术.2014（03）：814-821.
